شناسایی الگوهای جوی مولد سیلاب شهری و شبیهسازی رواناب ناشی از آن در شهر میناب | ||
| پژوهشهای دانش زمین | ||
| دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 47، 1400، صفحه 164-184 اصل مقاله (1.11 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.48308/esrj.2021.100921 | ||
| نویسندگان | ||
| احمد نوحه گر* 1؛ محسن فوزی1؛ محمود بهروزی2 | ||
| 1گروه برنامهریزی، مدیریت و آموزش محیطزیست، دانشکده محیطزیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران | ||
| 2گروه آبوهواشناسی و مخاطرات محیطی، پژوهشکده انگور و کشمش، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران | ||
| چکیده | ||
| شناخت رفتار هیدرولیکی سیلابهای شهری در ارزیابی و بهسازی سیستم جمعآوری روانابها در شهر حائز اهمیت است. در این پژوهش برای دستیابی به این رهیافت مدیریتی در شهر میناب، ابتدا الگوهای جوی مولد سیلاب شناسایی شد. سپس رفتار هیدرولیکی سیلاب در مجاری زهکشی با مدل SWMM شبیهسازی شده و برای صحتسنجی مدل از سه واقعهی بارش متناظر استفاده گردید. نتایج پژوهش نشان داد کمفشار سودانی با عبور از دریای خلیجفارس و کسب رطوبت تقویت شد و در برخورد با کوهستان شمالی جلگه میناب بر ناپایداری آن افزوده شده و در نهایت موجب وقوع بارش سنگین و سیلاب شهری در میناب شد. نتایج حاصل از واسنجی مدل با مقادیر مشاهداتی در مولفههای دبی، عمق و سرعت رواناب با معیارهای NS و RMSE بیانگر انطباق مناسب آنها و توانایی مدل در شبیهسازی رفتار هیدرولیکی سیلاب است. خروجی مدل نشان داد که در واقعه بارش 100 میلیمتری در 12 نوامبر 2015 در شهر میناب، 195 میلیون لیتر آب به راه افتاد و منهولها و مجاری زهکشی در زیرحوزههای مسکونی و پرتراکم ظرفیت کافی برای انتقال رواناب ندارند که موجب سیل گرفتگی زیرحوزههای شهری شد. از آنجاییکه شبکه زهکشی میناب ترکیبی بوده و یک خط لوله برای انتقال آبها سطحی و فاضلاب خام شهری وجود دارد، سیلاب شهری و عدم ظرفیت کافی مجاری و پرشدگی کانالها در زیرحوزههای مسکونی و پرتراکم موجب پسزدگی فاضلاب خام در نقاط مسکونی شد. بنابرین، نتایج این مدل نشان میدهد که سیستم دفع آبهای سطحی شهر میناب نیاز به بهسازی و طراحی مناسب برای انتقال رواناب ناشی از سیلاب دارد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| سیلاب؛ سیکلون؛ SWMM؛ مجاری زهکشی؛ میناب | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Identification of atmospheric patterns of urban floods and simulation the runoff in Minab | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Ahmad Nohegar1؛ mohsen fowzi1؛ mahmoud Behrouzi2 | ||
| 1Environmental Planning, Management & Education, College of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran | ||
| 2Department of Climatology and Environment Hazards, Malayer University, Malayer, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Extended abstract Introduction Floods are environmental phenomena that are in the category of hydrological hazards, but to identify the cause and manage strategies to control them, other environmental sciences such as meteorology, watershed management, etc. must be utilized. Because atmospheric systems play a role in the occurrence of rainfall which in combination with topographic factors, surface topology, land use and morphology of catchments based on the slope and hydraulics of rivers and urban waterways cause flooding. Therefore, in studying the problem of floods, especially in residential areas, a combination of environmental sciences can play an important role in understanding the mechanism and development of urban floods. Also, computer models have been upgraded to simulate the behavior of urban floods. Their approach is based on the conversion of precipitation to runoff, which can be evaluated and validated with results. These models are trusted in estimating the volume and flow of runoff from the flood. The hydraulic behavior of urban floods can be simulated using hydrological models, and the SWMM model has many applications in this field. In this study, we tried to determine the hydraulic behavior of floods by recognizing the patterns of flood generating patterns and estimating the volume and flow of floods in drainage channels of Minab city. The results will be provided to urban planners to improve drainage channels and duct capacity. Methodology In order to identify the weather patterns of floods in Minab, at first the meteorological parameters of the region during a period of 19 years (2000-2018) were prepared by the Meteorological Organization and atmospheric parameters including average annual temperature, minimum and maximum monthly average, 24-hour rainfall, number of monthly rainfall days and number of flood days (rainfall more than 30 mm per day) were presented in the table. Next, from the floods that occurred, two urban flood events were selected and the atmospheric meteorologists of that day at the level of 500 hPa and sea level pressure were extracted from the NCEP / NCAR data center website and mapped in ArcGIS software processing environment. SWMM model was used to estimate runoff caused by urban floods and to model the hydraulic behavior of flood flow in the surface water drainage network of Minab city; in such a way the first the model was calibrated and evaluated with the events of observational floods and after its verification, the outflow from urban sub-basins, water volume in drainage channels, flooding in canals and duct capacity were simulated in urban sub-basins of Minab. Results and discussion Average annual temperature is 28.7 degrees Celsius and its maximum is in June and July with 38 degrees Celsius and its minimum in December with 19 degrees Celsius. Most of the rainfall in Minab plain occurs in November to March, which peaks in December with 22 mm. Heavy rains start in November and end in March, and in April, heavy rains have occurred once during these years, which has led to urban floods in Minab. In the first pattern, synoptic examination of flood days in Minab showed that the 500-hpa trough in Iran and the low pressure of the Persian Gulf caused floods. In the second model of flood generator, the cold system from Central Iran at the level of 500 hPa and the low pressure system of Iran caused floods on the shores of the Persian Gulf and especially the Minab plain. In this study, two events of rainfall (19/1/2014) and (11/3/2015) were used to calibrate the SWMM model. The third event of 11/12/2015 was used to evaluate the model and to analyze the results. The coefficient of flow and the square of the mean squared error were used. The simulated model is compared with the SWMM model and their differences are not significant, indicating that the model is able to estimate and simulate the hydrological parameters of urban floods. From 100 mm of rainfall in Minab urban area, about 195 million liters of water has been runoff, of which about 189.6 million liters have been wasted as floods. Conclusion The result of urban flood modeling in Minab showed that the densely populated areas of Minab city play an important role due to impermeability to urban floods and water retention. Since Hazara Castle sub-basin, Velayat Park, City Center and Sheikhabad do not have enough capacity to transfer runoff during floods. With these conditions, the results of this research can be provided to city planners and designers of surface water conduction systems and urban drainage networks of Minab. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Flood, Cyclone, SWMM, Drainage, Minab | ||
| مراجع | ||
|
-احمدی، م. و جعفری، ف.، 1394. واکاوی بارش فوقسنگین 23 اسفندماه 1392 مولد سیلاب مخرب در شهرستان بندرعباس، نشریه دانش مخاطرات، دوره 2، شماره 3، ص 307 - 324.
-بدیعیزاده، س.، بهرهمند، ع.ر.، دهقانی، ا.ا. و نورا، ن.، 1394. مدیریت سیلاب شهری از طریق شبیهسازی رواناب سطحی با استفاده از مدل SWMM در شهر گرگان، استان گلستان، نشریه پژوهشهای حفاظت آب و خاک، جلد 22، شماره 4، ص 155-170.
-جمال، ع.ر.، پروان، ع. و والیزاده، د.، 1398. پهنهبندی خطر سیلاب در رودخانه ایرانشهر با استفاده از مدلسازی عددی دوبعدی و GIS، نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال 23، ویژهنامه سیل و فرسایش خاک، ص 71-83.
-جهان دیده، ا.، اسدی نیلوان، ا.، فرجی، ن. و ولیون کیوج، م.، 1398. شناسایی انواع سیلاب به عنوان یم بحران محیطی و عوامل موثر در بروز آن، چهاردمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، آبخیزداری و مدیریت جامع منابع آب و خاک، 25 و 26 تیرماه 1398، دانشگاه ارومیه.
-جهانبخش اصل، س.، رضایی بنفشه، م.، رستمزاده، ه. و عالینژاد، م.ح.، 1397. شبیهسازی پیوسته بارش- رواناب حوضهی شهرچای ارومیه با استفاده از مدل HEC-HMS. نشریه هیدروژئومورفولوژی، شماره 16، ص 101-118.
-حیدرزاده، م.، نوحهگر، ا.، ملکیان، ا. و خورانی، ا.، 1396. ارزیابی و آنالیز حساسیت کمیت رواناب و سیستم زهکشی در حوضه شهری ساحلی (مطالعه موردی: شهر ساحلی بندرعباس)، نشریه پژوهشهای حفاظت آب و خاک، جلد 24، شماره 3، ص 203-218.
-خلیقی سیگاردوی، ش.، رستمی خلج، م.، مهدوی، م. و سلاجقه، ع.، 1394. واسنجی و ارزیابی مدل SWMM بهمنظور شبیهسازی رواناب شهری (مطالعه موردی: شهرک امام علی (ع) شهر مشهد)، مرتع و آبخیزداری، مجله منابع طبیعی ایران، دوره 68، شماره 3، ص 487-498.
-دلیران فیروز، ه.، مختاری خوزانی، ف.، سلطانی، س. و موسوی، س.ع.ر.، 1394. ارزیابی خسارات ناشی از سیل در حوزههای آبخیز قمصر و قهرود با استفاده از نرمافزار HEC-FIA، نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال 19، شماره 74، ص 63 - 75.
-رحیمزاده، ز. و حبیبی، م.، 1397. شبیهسازی هیدروگراف سیلاب با مدل هیدرولوژیک HEC-HMS و پیشبینی دوره بازگشت در حوضه روانسر کرمانشاه، جغرافیا و توسعه، شماره 53، ص 175-194.
-رشیدپور، م.، سلیمانی، ک.، شاهدی، ک. و کریمی، و.ا.، 1396. شبیهسازی سیلاب در شبکه زهکشی رواناب سطحی (مطالعه موردی: حوزه آبخیز شهری شاهزاده رودخانه بابلسر- مازندران)، پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، سال 8، شماره 15، ص 213 - 224.
-طاعتپور، ف.، خورسندی کوهانستانی، ز. و آرمین، م.، 1398. ارزیابی کارآیی شبکه جمعآوری و دفع آبهای سطحی با استفاده از مدل SWMM (مطالعه موردی: شهر لیکک، استان کهگیلویه و بویراحمد)، مجله علوم و مهندسی آبیاری، جلد 42، ص 33-48.
-کریمی، و.، سلیمانی، ک.، حبیب نژاد روشن، م. و شاهدی، ک.، 1394. شبیهسازی جریان در مجاری آبروی زیرزمینی و سطحی با مدل EPA-SWMM (مطالعه موردی: حوزه شهری بابلسر)، پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، سال 6، شماره 11، ص 162-170.
-محمدی، ع.، سلیقه، م.، حمیذی میرکلایی، ا. و حسامی، ع.، 1394. تحلیل همدیدی بارشهای سیلزای حوضه آبریز دریای مازندران (مطالعه موردی: سیل نوشهر در زمستان سال 1391)، مجله پژوهشهای علوم و فنون دریایی، سال 10، شماره 2، ص 69-79.
-معیری، م. و انتظاری، م.، 1387. سیلاب و مروری بر سیلابهای استان اصفهان، فصلنامه چشمانداز جغرافیایی، سال 3، شماره 6، ص 110-124.
-نوحه گر، ا.، حسین زاده، م.م. و صلاحی، ب.، 1384. سیلاب و تمهیدات مدیریتی برای مهار آن در رودخانه میناب (حدفاصل سد میناب تا تنگه هرمز)، فصلنامه جغرافیایی سرزمین، سال 2، شماره 8، ص 69-82.
-Al‐Nassar, A.R., Pelegrí, J.L., Sangrà, P., Alarcon, M. and Jansa, A., 2020. Cut‐off low systems over Iraq: Contribution to annual precipitation and synoptic analysis of extreme events. International Journal of Climatology, v. 40(2), p. 908-926.
-Babaei, S., Ghazavi, R. and Erfanian, M., 2018. Urban flood simulation and prioritization of critical urban sub-catchments using SWMM model and PROMETHEE II approach. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, v. 105, p. 3-11.
-Chang, J.H.W., Kong, S.S.K., Sentian, J., Dayou, J. and Chee, F.P., 2020. Synoptic analysis and mesoscale numerical modelling of heavy precipitation: a case study of flash flood event in Kota Kinabalu, Malaysia. Meteorology and Atmospheric Physics, v. 132(2), p. 181-201.
-Cowles, A., Willson, C. and Twilley, R., 2019. Effects of Land-Use Change (1938–2018) on Surface Runoff and Flooding in the Amite River Basin, Louisiana, USA Using Coupled 1D/2D HEC-RAS–HEC-HMS Hydrological Modeling.
-Dongquan, Z., Jining, C., Haozheng, W., Qingyuan, T., Shangbing, C. and Zheng, S., 2009. GIS-based urban rainfall-runoff modeling using an automatic catchment-discretization approach: a case study in Macau. Environmental Earth Sciences, v. 59(2), 465 p.
-Elliott, E., Bain, D., Shelef, E., Thomas, B., River, M. and Guy, M., 2020. Flooding in Southwestern Pennsylvania: Knowledge Gaps and Approaches.
EM-DAT, The international Disaster Database, 2019.
-Esfandiari, N. and Lashkari, H., 2020. Identifying atmospheric river events and their paths into Iran. Theoretical and Applied Climatology, v. 140, p. 1125-1137.
-Garner, M., Sebastian, A., Hakkenberg, C.R., Juan, A., Gori, A. and Bedient, P.B., 2019. Integrating Annual Landsat Imagery in a Hydrologic Impact Analysis of Localized Land Use Change for a Rapidly Developing Watershed in Houston, Texas. AGUFM, H53L-1943.
-Hua, P., Yang, W., Qi, X., Jiang, S., Xie, J., Gu, X. and Krebs, P., 2020. Evaluating the effect of urban flooding reduction strategies in response to design rainfall and low impact development. Journal of Cleaner Production, v. 242, p. 118-135.
-Jennrich, G.C., Furtado, J.C., Basara, J.B. and Martin, E.R., 2020. Synoptic Characteristics of 14-Day Extreme Precipitation Events Across the United States. Journal of Climate, pbt.
-Jiang, L.E.I., Chen, Y. and Wang, H., 2015. Urban flood simulation based on the SWMM model. IAHS-AISH Proceedings and Reports, v. 368(1), p. 186-191.
-Junaidi, A., Putra, H., Istijono, B., Nurhamidah, N. and Utama, M., 2020. Eco-drainage system planning with SWMM model: a case study of Sawah Liat drainage, Kuranji watershed in Padang City, Indonesia. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, v. 419(1), p. 12-34.
-Kabeja, C., Li, R., Guo, J., Rwabuhungu, D., Manyifika, M., Gao, Z. ... and Zhang, Y., 2019. The Impact of Reforestation Induced Land Cover Change (1990-2017) on Flash Flood Peak Discharge Using HEC-HMS Hydrological Model and Satellite Observations: A study in Data Scarce Tributary of Sichuan Basin, China. Water, v. 12(5), https://doi.org/10.3390/w12051347.
-Kiani, M., Lashkari, H. and Ghaemi, H., 2019. The effect of Zagros Mountains on rainfall changes of Sudanese low pressure system in western Iran. Modeling Earth Systems and Environment, v. 5(4), p. 1769-1779.
-Kilavi, M., MacLeod, D., Ambani, M., Robbins, J., Dankers, R., Graham, R. ... and Todd, M.C., 2018. Extreme rainfall and flooding over central Kenya including Nairobi city during the long-rains season 2018: causes, predictability, and potential for early warning and actions. Atmosphere, v. 9(12), p. 472-491.
-Nikumbh, A.C., Chakraborty, A., Bhat, G.S. and Frierson, D.M., 2020. Large‐scale extreme rainfall producing synoptic systems of the Indian summer monsoon. Geophysical Research Letters, v. 4711, p. 1-15.
-Santhi, C., Arnold, J.G., Williams, J.R., Dugas, W.A., Srinivasan, R. and Hauck, L.M., 2001. Validation of the swat model on a large rwer basin with point and nonpoint sources 1. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, v. 37(5), p. 1169-1188.
-Schilling, K.E., Gassman, P.W., Kling, C.L., Campbell, T., Jha, M.K., Wolter, C.F. and Arnold, J.G., 2014. The potential for agricultural land use change to reduce flood risk in a large watershed. Hydrological processes, v. 28(8), p. 3314-3325.
-Shen, Y., Morsy, M.M., Huxley, C., Tahvildari, N. and Goodall, J.L., 2019. Flood risk assessment and increased resilience for coastal urban watersheds under the combined impact of storm tide and heavy rainfall. Journal of Hydrology, v. 579, p. 124-159.
-Soltani, M., Molanejad, M., Khoshakhlagh, F., SaadatAbadi, A.R. and Ranjbar, F., 2014. Synoptic and thermodynamic characteristics of 30 March–2 April 2009 heavy rainfall event in Iran. Meteorology and Atmospheric Physics, v. 126(1-2), p. 49-63.
-Sourisseau, S., Bassères, A., Périé, F. and Caquet, T., 2008. Calibration, validation and sensitivity analysis of an ecosystem model applied to artificial streams. Water research, v. 42(4-5), p. 1167-1181.
-Stoleriu, C.C., Urzica, A. and Mihu‐Pintilie, A., 2020. Improving flood risk map accuracy using high‐density LiDAR data and the HEC‐RAS river analysis system: A case study from north‐eastern Romania. Journal of Flood Risk Management, v. 13, p. 72-95.
-Tang, Z., Engel, B.A., Pijanowski, B.C. and Lim, K.J., 2005. Forecasting land use change and its environmental impact at a watershed scale. Journal of environmental management, v. 76(1), p. 35-45.
-Temprano, J., Arango, Ó., Cagiao, J., Suárez, J. and Tejero, I., 2006. Stormwater quality calibration by SWMM: A case study in Northern Spain. Water Sa, v. 32(1), p. 55-63.
-Wu, S., Jang, J., Wu, T., Lin, J. and Li, B., 2019. An evaluation of the flood diversion project d Junaidi ue to extreme rainfall event in Taipei City. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering.
-Zeng, Z., Lai, C., Wang, Z., Chen, J., Chen, P., He, S. and Li, S., 2019. Rapid Simulation of Urban Rainstorm Flood Based on WCA2D and SWMM Model. AGUFM, AmericanGeophysical Union, Fall Meeting.
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 10,178 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 5,937 |
||